基于单片机的液体菌种接种机控制系统的设计

王文涛

（渭南技师学院，陕西渭南，714000）

0 引言

近年来，随着人们生活水平提高，各种菌类蔬菜的需求也逐渐增多，液体菌种接种具有纯度高、活力强、繁殖力快、方便快捷、菌龄短而一致的特点，接入到培养基内具有流动性好、萌发快、发菌质量高、出菇周期短的优点，有着固体菌种不可比拟的优越性，越来越受到生产者的欢迎，是当今食用菌行业研究应用的重点，因此，提高菌种的种植效率，满足方便使用、小规模化生产就成为研究的重点[1]。

1 工作原理

液体菌种接种机不管采用何种接种方式，菌种灌的构造和功能基本相同，由于菌种灌的压力基本恒定，因此，加压接种机主要是控制加压电磁阀的打开和关闭的时间的长短，工人只要设定好注入的体积量，加压接种机自动将设置的体积换算成电磁阀的打开时间，当按下启动键后，菌种灌电磁阀自动打开，开始加注，显示单元实时显示注入体积，达到设定的注入菌种体积后自动停止，当再次按下启动时重新加注，当要重新设置注入体积时，按下设置键即可重新设置注入体积，设置好后重新按下开始键时，接种机按新设置的注入体积工作。

2 系统硬件设计框图

本设计利用单片机AT89S52作为控制单元，接收输入单元设置的控制量和开始工作信号，控制单元控制输出单元中的电磁阀的开启和关闭，实时输出菌种注入体积参数给显示单元，显示单元主要作用是显示设置量和实时显示注入的菌种体积。本设计的控制系统如图1。

图1 液体菌种接种机控制系统框图

3 系统硬件电路设计

（1）电源有两种，一种是为单片机提供电源为5V，另一个是为菌种灌电磁阀提供电源，电压为12V。

（2）输入单元由四个按钮组成，功能分别是设置、体积加、体积减、开始，每个都带有100欧的上拉电阻。

（3）输出单元由菌种灌电磁阀、继电器、及保护电路等组成，控制系统输出单元电路图如图2。当单片机端口的P1.0位输出高电平时，三极管截止，继电器线圈中无电流，开关断开，菌种灌电磁阀无电流，此时液体菌种接种机停止工作；当单片机端口的P1.0位输出低电平时，三极管导通，继电器线圈中有电流，开关闭合，菌种灌电磁阀有电流，此时液体菌种接种机开始工作。其中，二极管1N4148对继电器起保护作用。

图2 控制系统输出单元电路

（4）显示单元由八个8段LED数码管组成，由位选和段选控制组成，实时显示设置体积设置和工作中接种的体积变化情况，由两个74HCT574锁存器锁存段码和位码，单片机控制段码和位码分时输出显示，系统的原理图如图3所示。图中仿真时用LED发光二极管替代电磁阀，通过其亮和灭显示电磁阀的工作状态。

图3 系统原理图

（5）控制单元采用单片机型号为AT89C52,该型号单片机是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用[2]。有关该型号的单片机的各个I/O接口电路及功能很多参考资料都有详细介绍，这里不再详细介绍[3]。本设计中，AT89C52作为控制核心器件，接收设置信号，利用中断计时、输出显示信息和输出控制信号，记录接种的数量。

4 系统程序设计

图4 系统程序流程图

为了提高单片机的执行效率和精度，编程时采用中断编程，语言采用单片机C语言。在中断服务程序中进行显示信息，液体菌种接种机系统开机后首先对中断进行初始化，对定时器运行模式TMOD、定时计数器的TH0和TL0、中断允许位等进行设置，数码管开始显示设置体积为00，注入体积为00，工作次数为0000；下来进行注入体积设置，设置完成后等待开始按键按下，开始键没有按下一直扫描，开始键按下后判断体积设置是否为零，如果设置体积为零继续扫描，设置接种体积不为零的时候开始工作，如果不重新进行接种体积设置的话，每一次按下开始键，接种机就会接种一次，不按下开始键就结束，如果需要重新设置接种体积，在按下设置键后，等本次接种结束后可重新进行接种体积的设置，依次进行新的菌种体积接种。

接种机在工作的过程中，除了按下体积设置键后，再按其他的键才会起作用，否则按键均无效，目的就是为了防止工作过程中因误操作导致接种失败。显示程序采用动态扫描的方式进行显示。本设计的程序流程图如图3。

5 结束语

本文设计了一种液体菌种接种控制系统，该系统硬件设计简单，易实现，采用单片机作为控制单元，由于单片机已经普遍化，因此本系统成本低。编程过程运用了单片机的中断功能，提高了程序运行的效率，控制精度高，经过仿真和实验验证，该系统在设备环境条件控制稳定可靠，性能优良，有效的降低了液体菌种人工成本并提高了的接种效率。本系统不仅可以用于小规模手动生产，可以节约生产成本，而且还具有可开发性，可做为二次研究自动型液体菌种接种机的原型，在大规模液体菌种接种的工业生产广泛应用。